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1 我国的环境状况
随着我国经济的不断发展,环境污染问题越来越严重,近年来虽采取了大量控制措施,但环境污染的趋势仍在继续。如何在经济高速发展的同时控制环境污染,改善环境质量是我国当前亟待解决的重要问题[1]。在环境保护中,从源头上防止污染是实现经济增长和改善环境所必须执行的技术策略[2]。绿色技术崭露头角,理想的绿色技术是采用无毒、无害的原料、催化剂和溶剂,采用高选择性、极少副产品的反应,实现零排放[3]。随着生物技术研究的进展和人们对环境问题认识的深入,现代生物技术为环境污染问题的解决提供了重要依据。
2 生物修复技术
环境污染物的清除有多种方法,其中常用的方法是是物理和化学方法,这些方法虽然行之有效,但通常成本很高,而且还容易造成二次污染。采用生物清除环境中污染物的生物修复技术则极具应用前景,具有极大的潜力。生物修复是指在一定的条件下,利用微生物、植物和动物降解、稳定和去除环境中的污染物,使受污染生态系统的正常功能得以恢复。利用生物修复技术可以削弱乃至消除环境污染物的毒性,降低污染物的健康风险[4]。生物修复技术包括微生物修复、植物修复。微生物修复在生物修复技术中处于主导地位,近年来国内外对微生物修复技术的研究非常重视。Fulthorpe等从巴基斯坦土壤中分离出一株微生物,能矿化2,4-D,还发现添加硝酸盐、钾离子和磷酸盐能增加降解率[5]。植物修复是利用绿色植物来转移、容纳或转化污染物使其对环境无害。植物修复的对象是重金属、有机物或放射性元素污染的土壤及水体。研究表明,通过植物的吸收、挥发、根滤、降解、稳定等作用,可以净化土壤或水体中的污染物,达到净化环境的目的。中国科学院水生生物研究所在湖北黄石完成的污水净化和污水资源化双重功能的新型稳定塘设计实验证明,水生植物能够去除N、P,能达到一定的净化效果[6]。
3 现代生物技术的特点
现代生物技术是指以DNA技术为先导,包括微生物工程、基因工程、细胞工程、酶工程、蛋白质工程和生物修复技术在内的一系列生物高新技术的统称[7]。自20世纪80年代以来,生物技术作为一种高新技术,已普遍受到世界各国和民间研究机构的高度重视,发展十分迅猛。现代生物技术具有以下几个特点:
(1)利用微生物,少部分利用植物作为环境污染控制的生物。(2)应用环境生物技术处理污染物时,最终产物大都是无毒无害的稳定的物质。(3)利用生物方法处理污染物通常能一步到位,避免了污染物的多次转移。(4)生物处理具有更高的效率,更低的成本和更好的专一性。(5)生物技术的产品或副产品基本上都是可以较快生物降解的,并且都可以作为一种营养源加以利用。
4 现代生物技术在生物修复中的应用
生物修复技术的最大特点是可以对大面积的环境污染进行治理。生物修复技术的发展最早可追溯到20世纪50年代,Martin Alexander与他的学生开展了农药在土壤中可降解性的研究,为生物技术在环境保护中的应用打下了基础[8]。至70年代,随着环境技术和微生物学的快速发展,生物修复技术也有了长足的发展。运用现代生物技术构建高效菌,加强微生物对农药等污染物的降解能力,提高降解速率。生物强化技术可有效提高有毒有害污染物的去除效果,将生物强化技术融入到传统的生物修复中,并结合现代分子生物技术提供的新方法、新手段进行监测和评价,已成为生物修复发展的一种趋势。通过对微生物的研究得知,微生物修复的最佳温度在30℃,李荣等从受阿维菌素农药污染的土壤中分离出一株能高效降解阿维菌素的菌株AW70,这菌株在30℃-37℃的范围内降解率最好,能达到80%以上,而低温和高温对降解有一定的抑制作用[9]。生物修复在农药污染的应用外,还在石油污染、水体污染修复中应用广泛。20世纪80年代以来生物修复技术开始应用于石油污染治理。污水的生物净化是利用微生物自身的生命活动对污水中的有毒物质进行迁移和转化,从而达到净化目的的处理方法。
5 现代生物技术的问题与展望
近30年来现代生物技术的多数内容已经渗透到环境工程领域中。有应用前景的领域包括废物的高效生物处理技术、污染事故的现场补救、污染场地的现场修复技术等许多方面。现代生物技术深入到我们生活领域中,给我们带了重大作用。但生物技术也带了许多问题。通过生物技术产生的新菌种从实验室走到田间,可能会破坏生态平衡,带来生态灾难。还有军事政治家利用生物基因制造生物武器,利用基因重组技术,复制大量致病微生物的遗传基因,并放入到武器中。给人类带来新的忧患。现代生物技术带来的问题不容忽视,要提高研究人员的意识,加强国际合作和强化社会责任机制。通过对现代生物技术的伦理构建,使其能够更好的推动人类社会的发展。
纵观现代生物技术及其产业的发展,其前景是美好的,大力发展现代生物技术及其产业已成为世界各国经济发展的战略重点。专家预测现代生物技术创新的将伴随人类基因组计划的完成而到来,以基因组为基础的生物技术产业将成为21世纪的朝阳产业,它的巨大经济效益吸引着投资商和企业汇集于这一领域,现代生物技术将进入广泛的大规模产业化阶段,像当年工业革命一样,使人类的生活发生根本性的变化。
【参考文献】
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1、生物技术的含义
生物技术有时也称生物工程,是指人们以现代生命科学为基础,结合其他基础科学的科学原理,采用先进的科学技术手段,按照预先的设计改造生物体或加工生物原料,为人类生产出所需产品或达到某种目的。生物技术是人们利用微生物、动植物体对物质原料进行加工,以提品来为社会服务的技术。现代的生物技术主要包括细胞工程,其主要内容包括动物细胞工程、植物细胞工程以及细胞的融合技术等。主要用来生产功能性食品的有效成分、新型的食品以及食品的添加剂等。
2、食品检验中的应用生物技术的意义
长期以来对食品的检测方法不外乎物理法、化学法和仪器检测法,但是由于这些方法都存在一定的局限性,已无法满足现代食品检验的需要和人们对食品安全的要求。随着生物技术的发展,人们逐渐对这一现代化的检测技术有了一定的了解,并越来越认识到它在食品检验中的作用和意义。目前生物技术不仅用于食品的质量检验、食品安全质量的科学研究,还被广泛用于对食品产品生产质量的监控和质量安全的评价等方面。极高的选择性和敏感的特异性是生物检测技术最为突出的特点,在对食品的检验中能够快速、灵敏、精准的检测出某些化学成分和有害物质,因此被越来越广泛的应用到食品检测中,它对提高和改善食品的质量安全,保障人们的生活安全有着重要的意义。
3、生物技术对食品构成成分的检验
对食品中微生物的检测,随着国民经济的不断发展,食品的消费量也日益增加,食物的中毒问题也日益地突出,这严重地威胁着公众的健康。当前,我国检测食品中的致病菌采用的一般是细菌学的检验方法及血清学的方法,用这些方法对食品进行检验操作非常繁琐,且耗时长还费力,最终的检验准确性并不高,已很难满足当前的社会发展的需求。所以,有必要应用更加快速而准确的食品微生物的检测方法。运用基因探针技术、DNA、PCR 技术等对食品中所含的致病菌进行检验已成为未来发展的趋势。对食品中转基因成分的检验,检验和鉴定食品及其原料中的重组 DNA和其产物的应用方法,是对转基因的食品做标签管理的重要基础。当前,实验室中的检验技术主要可以分成三类:免疫学的方法、基因探针法以及分子标记法,他们主要是用来检验食品或者原料中的重组DNA或者其产物。
4、相关生物技术在食品检验中的应用
生物芯片技术在食品检验中的应用,生物芯片,是生物化学和其它的物理、计算机科学以及化学等学科结合的一种新型的技术,其原理是把待测的样品放在芯片的表面,根据生物分子间的特异性的亲和反应,来检验样品里的待检成分,实现样品的分析及检验。生物芯片能够在非常小的面积上并行地分析多种生物分子,也就是说其分析量很大,在较短的时间里就可以分析出多种食品致病菌,并且其结果有较好的可比性。
当前,国内主要研究的是食品安全,这类检验一般要做定性的分析或者比较简单的半定量分析,主要表现在对食品中有害微生物的检验和对食品中的药物残留和有害物的检验这两个方面。
1)PCR 技术及其改进技术在食品检验中的应用
传统的PCR技术,主要应用于对病原微生物以及转基因食品的检验。实时定量的PCR技术指的是在PCR的反应体系里加进荧光基团,通过荧光信号的积累,对整个的 PCR 进程进行实时的检验,随后再通过标准的曲线对未知的模板进行定量分析。PCR- DGGE 技术把变性梯度凝胶电泳技术(DGGE 技术)与 PCR 技术相结合,能够分离出长度相同,但碱基不相同的 DNA的片段混合物。巢式及半巢式PCR 技术,巢式 PCR 技术是在传统的 PCR 技术基础之上发展起来的,其主要原理就是通过设计两对引物,1 对引物在另外 1 对引物的扩增产物的片段之上,经过两次 PCR 反应检测某个基因;而半巢式的PCR技术,其原理和巢式PCR技术基本上是相同的。这两种方法都能够减少假阳性的出现几率,同时,还能够使检测的下限下降。
2)酶联免疫吸附法(ELISA)的应用
ELISA是把抗体及抗原的特异性相结合作为基础,把酶或辅酶当作标记物,来标记抗原或抗体,利用酶促反应放大作用显示出初级免疫学的反应。这种方法最显著的特点是用聚苯乙烯微量反应板来吸附抗原或是抗体,进行免疫反应及酶促反应。这种方法操作简便、快速、灵活性高、特异性强,而且可以批量分析样品,广泛应用在食品的检验中,并有广泛地应用前景。
3)DNA探针法的应用
如果两条来源不同的核酸链有相互补充的碱基序列的话,就可以结合成分子的杂交链。如果在已经知道的DN断之上加上可以辨别的标记,就能够做成DNA探针,用来检验未知的食品样品里是否有可以互补的序列。近年,这种方法在食物微生物的检测中应用越来越广泛,可以用DNA探针法来检验食品是否含有大肠杆菌、志贺氏菌、沙门氏菌等。
5、相关生物技术在食品检验中应用需要注意的问题
操作人员的选用,实验室应当聘请具有一定生物学资质的人来操作,并且要经过考核合格后方能上岗。要求其具有较熟练的操作技能,强烈的质量意识,并且严格遵守无菌操作规程,减少人为因素带来的困扰。操作要求,操作人员牢记无菌观念,整个过程要求无菌操作,用无菌工具无菌操作取样,按照相关标准方法进行数据处理,得出实验结果。设施设备的放置环境,实验室应当具有适宜生物检验进行的设施设备条件,包括检验设施及辅助设施,并且要特别注意特殊的设备要在特殊的环境下放置和操作。各种设备及药品的正确配置,培养箱、水浴锅、于热灭菌箱和高压灭菌锅的安装要求:在首次安装时要校对温度的稳定性和一致性;记录以上设施其温度稳定性达到平衡时所需要的时间;要求定期对以上设备进行清洁和消毒;最好是使用感应器来对运转循环情况进行控制和监控。药品配置,培养基采用高压湿热灭菌法,121℃灭菌 15min;部分培养基如胆硫乳培养基则需采用煮沸灭菌法;对于热敏感的培养基采用膜过滤法。样品的采集、运输和保存,采集具有代表性的样品,并且样品采集必须在无菌操作下进行,以防止样品受到外源性污染和细菌的生长。采样用具及包装物必须是灭菌的;在样品的运输和保存过程中应避免日光照射,防止外来物的污染;采样后,应将样品在接近原有贮存温度条件下尽快送往实验室检验;运输时应保持样品完整,一般不应超过 3h,如不能及时运送,应在接近原有贮存温度条件下贮存。
6、结论
综上所述,在巨大发展空间和应用需求下,需要对相关生物技术进行多方面更为深人的研究和开发实践,必定能为食品科技检验带来更大的方便和效益,同时也保障了食品的质量安全,为人民带来更多的健康。
关键词:
生物技术;畜牧兽医;应用
1生物技术的内涵及禽类遗传资源的保护
(1)生物技术的内涵。
生物技术又称生物工程,是从20世纪70年代初开始兴起的。一般认为生物技术是以生物学(特别是微生物学、遗传学、生物化学和细胞学)的理论和技术为基础,结合其他基础学科的科学原理,充分运用分子生物学的最新成就,其主要包括发酵技术和现代生物技术。生物技术具有较大的潜在价值,能够为人们带来良好的经济效益和社会效益。
(2)禽畜类遗传资源的保护。
我国畜牧业的历史发展悠久,资源丰富,创造了许多具有独特特色的地方禽畜品种,是禽畜遗传资源最丰富的国家之一。目前所培育出来的地方禽畜品种具有育种能力和免疫力强等优点,但是也存在生长周期长、经济效益低等问题。随着禽畜品种的融合,许多具有地方特色的禽畜数量正在降低,甚至消失。因此为了保护好禽畜类遗传资源,采用现代生物技术已经迫在眉睫。
2生物技术在畜牧兽医领域的应用
(1)应用于禽畜育种。
生物技术运用于动物育种主要采用的是转基因技术、DNA技术和动物克隆技术。之所以将生物技术运用于动物育种是因为传统的育种方式存在孕育周期长和育种质量差等问题,而且随着畜牧业的不断发展,人们对育种品种的质量要求越来越重视。采用生物技术可以大大缩短孕育周期并且可以提升育种的质量。例如可以通过生物技术提取具有特种功能的单个基因或者基因簇插入其他生物的基因中,通过观察对比选择出达到标准的样本。最早将生物技术运用于禽畜育种的国家是英国,通过对禽畜育种的成功实验,让其在各个领域得到了更加广泛的应用,也推动了生物技术在畜牧领域的发展应用。
(2)应用于操控禽畜生产。
利用生物技术操控动物的生产主要就是通过生物技术干预动物原有的内在环境系统。通过对这两者的干预,可以使禽畜的机体向人们所希望的方向发展。比如说通过生物技术人工合成的生长激素,可以起到和动物天然生成的生长激素同样的作用。这样就可以促进禽畜生长,并且不会对禽畜产生不良的影响,而且还可以降低禽畜的采食量,起到节约饲料的作用。因为生产的人工激素和动物自身所带的激素是相同的,所以也不会对人类产生不良影响。通过操控禽畜生产,大大提升了禽畜的数量和畜牧业的收入,推动畜牧业向现代化方向发展。
(3)运用于饲料资源的开发和利用。
我国一直存在禽畜类饲料资源短缺的问题,通过将生物技术运用于饲料资源的开发上,扩大蛋白质饲料,提升饲料的营养价值,可以有效地解决这一问题,也可以推动我国畜牧业的发展。通过生物技术将不含或者少含蛋白质的饲料培育成富含蛋白质的饲料是当前需要亟待解决的问题,蛋白质饲料短缺已经是世界性问题。在中国进行单细胞蛋白的生产主要是通过饲料螺旋藻蛋白质以及酵母,而秸秆是我国主要的农作物副产品,通过发酵技术可以将秸秆生产出具有优质粗蛋白的饲料,具有很高的应用价值。
(4)运用于禽畜疫病的预防诊断。
将生物技术运用于禽畜疫病的预防和诊断中效果显著。传统的畜牧养殖都是采用物理化学手法消灭病原,这样具有很大的不稳定性,常常会由于环境不达标等问题导致免疫效果失败。而随着近几年生物技术的发展和基因工程疫苗的进步,将生物工程技术用于禽畜疫病预防的应用越来越多,比如目前开发出来的新型疫苗口蹄疫疫苗、狂犬病糖蛋白亚基疫苗等。将生物技术运用于疫病预防诊断主要就是利用DNA重组技术,提升免疫效果,制备疫苗,比如目前应用于疫病诊断的限制酵分析法和核酸探针法等方法都已经有效地应用在疫病诊断中。
3小结
生物技术是新兴的高科技技术,需要不断地发展和完善,目前的一些技术尚未成熟,仍然需要不断地实验,将生物技术运用于畜牧兽医领域是近几年才提出的,通过生物技术可以对畜牧业的饲料资源、疫病诊断预防和禽畜的育种等方面作出贡献,同时这也是发展畜牧兽医的必经之路。所以随着生物技术的不断发展,将二者有机结合起来,有利于畜牧业的发展。
作者:康文广 单位:吉林省东辽县凌云畜牧兽医工作站
参考文献:
我国是一个名副其实的农业大国,经济的发展离不开农业。信息技术的发展为我国农业发展拓宽了道路,生物技术的应用提高了农业生产水平。生物技术不仅促进了我国农业的发展,提高了农作物的产量,更促进了我国经济的迅速发展。
1生物技术应用的重要作用
(1)对农作物抵御病虫害、节约资源有积极作用。
由于我国人口众多,为提高农作物产量,就必须使农作物免于虫害及自然灾害,其应对对策便是农药,农药的大量使用使我国可耕种土地污染十分严重。在此背景下,生物技术应运而生,生物技术的应用可改善农作物抗旱抗虫抗灾等能力,提高农作物产量及存活率。其从根本上使农作物基因发生有利改变,使农作物本身具有防治虫害的本领,这从根本上降低了农药的使用量,极大地保护了我国的耕地。
(2)解决我国人口温饱问题。
我国人口增长速度快,基数大,现存可耕种用地难以满足人口的巨大需求,这需要我们在农业种植技术上不断创新,以提高产量。而生物技术可通过改变农作物基因的方式,促进农作物产量的提升,真正解决我国人口的“吃饭问题”。
(3)对我国食品安全的保障有积极作用。
近些年,地沟油、瘦肉精、催熟剂等引发的一系列食品安全问题,引起普通大众、国家机关的高度重视,这对农作物种植要求更加严格,从农作物的种植、生产、运输等各个环节都需绝对安全,“无公害”蔬菜、食品受到普通大众的高度追捧,农产品不仅要具有高营养价值,还应安全无害。生物技术的应用解决了农产品低质量的源头,为我国食品安全提供了一道天然屏障,我国农业种植中应广泛应用生物技术。
2生物技术的应用
2.1转基因技术
将基因进行人工修饰和分离后,导入到生物体的基因组中,使生物发生变化的过程,就是转基因技术。转基因技术在农业种植领域应用十分广泛,其能将一种作物的优良基因转移到另一种作物中,例如,一种作物抗倒伏力强,可将其抗倒伏基因转移到其他抗倒伏能力弱的作物中,使这种作物在生长过程中充分结合自身优势与外来抗倒伏能力,产量会获得大幅提升。此外,还能加大社会经济效益成长力度。ISAAA的年度报告指出,早在2012年,发展中国家的转基因作物种植面积就超过了发达国家,中国位于世界各国转基因作物种植面积的第四。转基因技术的应用节约了大量耕地,减少了大量杀虫剂的使用,降低了燃烧秸秆所产生的二氧化碳排放量。尽管如此,人们对转基因技术还是存在疑虑,主要有以下几方面:
(1)转基因食品是否安全可靠。
例如,“华恢1号”和“Bt汕优63”这两种转基因水稻,虽于2009年获得安全证书,但由于转基因技术一直是人们关注的焦点,且农业部颁发安全证书的过程并非透明,这加大了公众对转基因技术的疑虑,转基因水稻是否可放心食用成为社会热点话题。
(2)转基因技术的应用是否会破坏环境。
转基因技术培育出的作物,可视为一种新的物种融入当地环境中,会对当地生态系统产生影响。例如,“抗除草剂的转基因油菜”,其抗除草剂的基因在油菜的整个生长过程中会流入其近源物种之中,打破整个农田的生态平衡。其产生的破坏可能在短时间内难以发现,但其危害确是真实存在,其解决途径需要技术的不断革新。虽然转基因技术遭受公众质疑,但其优势也是有目共睹的。转基因技术在未来应用中不断得到革新、优化,其终将深入到各个领域中,为人类发展带来更多的便利。
2.2组织培养技术
农作物组织培养技术是在无菌、适宜的环境下,对农作物细胞进行培养,使农作物细胞良好发展并生长完全。其可以加速农作物的生长,降低病毒对农作物的侵害程度,并且能够快速的培养出符合当地环境的优良品种。因而组织培养技术可广泛应用于未来农业领域。首先,在组织培养技术的应用中必须拥有良好的培育环境,光照时间、室内温度、湿度等都会影响培养效果;其次,创造符合标准的培养基,培养基内需加入矿物质成分,矿物质成分可提供作物生长所需要的养分,促进作物的生长。最后,科学处理褐变现象也是组织培养技术的关键,褐变现象直接影响作物培育进展,需及时科学处理。
2.3生物农药生产技术
生物技术在农业生产领域的广泛应用使生物农药也得到应用,生物农药主要利用生物新陈代谢的产物,将其制成农药。生物农药的应用可逐渐替换现阶段的普通农药,达到防治污染、保护环境的目的。但生物农药的生产过程较为复杂,技术难度大,且生产成本高,这在一定程度上阻碍了生物农药的应用进程。针对此种情况,可将具有产生药物作用的生物基因导入微生物细胞中,使其产生药物,这不仅减少了材料的使用,降低了生产成本,还优化了制作过程,可进行大批量的生产。
3应用前景
任何事物都具有两面性,生物技术也不例外,其对农业生产的作用是不可忽视的,但其产生的负面效应也不可小觑。由于我国科研水平的限制,对转基因技术掌握的还不够透彻,其对环境的影响、对生态系统的破坏、对食品安全的影响等都未得到很好的解决,这些都是人体健康的潜在威胁,我们必须加大生物技术的研究力度、强化科研技术,以求提高我国综合科研水平。例如,进行植物光合作用的相关研究,强化植物固氮能力等,使植物生长突破环境的制约,利用可造优势快速生长,提高产量、质量等。使生物技术能够全方位、多层次的渗透在农业种植领域的各个方面,真正为人类的发展谋福祉。在我国社会经济的发展中,农业起着至关重要的作用,只有农业种植技术高速发展才可适应经济发展的要求。目前,生物技术得到较好的发展,在农业乃至其他许多领域中都被应用,其一方面促进了我国农业的发展,改善了人们生活水平,另一方面也促进了我国社会经济的大力发展,我们必须持续发展生物技术。
[参考文献]
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1生物技术的应用现状
将生物技术广泛推广到农业种植中具有十分重要的意义,所以一定要加大对生物技术的应用。如今,经济以及社会的不断发展对生物技术的完善以及发展发挥了巨大的推进作用[1]。我国人口众多,幅员辽阔,农业种植占据着非常重要的地位,同时也存在着很大的发展空间。如今,我国加大了对农业种植的推广与应用,相关政策更加完善,支持力度不断增大,为农业种植创造了非常有利的发展条件。近年来,我国的农作物产量不断增加,其质量也得到了较大程度地提升,种类也不断增多,进而提升了我国的竞争力以及综合国力。但是,就目前的情况来说,虽然我国的农业种植得到了较大发展,但是与发达国家相比仍然存在着不小的差距,而发达国家的生物技术也领先于我国。虽然我国生物技术的应用时间较晚,但是我国加大了对生物技术的推广以及支持,使我国的生物技术得到了较大发展并获得了不小的成果,甚至在某些方面已经达到了先进水平[2]。
2农业种植中生物技术应用的意义
2.1提升农业产品的产量
我国是世界上人口最多的国家,虽然我国的土地面积较大,但是实际的农业种植面积却十分有限,不能满足人们日益增长的需求;所以,提升农业种植技术水平具有十分重要的意义。在农业种植中应用生物技术不仅能够提高农作物的生产质量,而且能够较为显著地提高农作物的生产产量,满足人们对粮食日益增长的需求,为我国的稳定发展奠定坚实的基础[3]。
2.2提升农作物的质量
随着现今我国经济以及社会生产力的不断发展,人们对粮食作物提出了越来越高的要求,农业作物不仅要满足人们对于营养的需求,而且必须保证农作物的安全以及产品质量,最重要的是要提高农产品的食用安全性。所以,在农业种植中应用生物技术不仅可以满足日益增长的营养需求,同时也能提升农作物的产品质量以及食用的安全[4]。
2.3防治病虫害
病虫害对农业种植的影响非常大,其会对农作物的产量以及质量造成十分不利的影响。所以,在农业种植中加强对生物技术的应用就可以对病虫害进行有效地控制,进而提升农作物的产量及质量;同时,生物技术也可以显著提升农作物的存活率。由于生物技术是通过应用转基因的方法进行病虫害的防治,进而能够有效地提高农作物的食用安全。
3农业种植中生物技术的应用
3.1转基因技术的应用
所谓的转基因技术,就是指使用人工技术将生物的遗传基因进行相应地剪切、加工和改造,再将其注入到需要改变基因的生物中,达到改变生物遗传特性的一种技术。这种技术主要在于对需要基因的提取,对多生物的细胞进行相应地检测。转基因技术不会受到生物种类的限制,具有广阔的发展前景。
3.2分子育种技术的应用
我国是世界上人口最多的国家,而且还在不断增长,所以一定要提高粮食的产量,以满足日益增长的需求。但是,由于我国的耕地面积有限,所以想要在有限的土地中种植更高产量的粮食作物,就要加强对生物技术的发展以及应用。其中,分子育种技术就能够有效地提高农作物的产量,如袁隆平的杂交水稻就是运用了分子育种技术,这对我国的粮食产量的提高起到了非常重要的作用。生物技术中的转基因技术有可能会对人们造成影响,但是尚未明确。所以,分子育种技术就得到了非常快的发展,与以前传统的育种技术相比,分子育种技术更能够满足市场需求,同时也能有效地提高农作物的安全性及质量。所以,推广及应用分子育种技术具有非常重要的现实意义[5]。
3.3组织培养技术的应用
随着我国经济的不断发展,社会生产力的不断提高,人民生活水平也得到了较大的提高。所以,现如今人们对于粮食作物的要求不仅仅停留在温饱上,而是更加开始重视食品的质量以及食用的安全性。生物技术的应用就很好地提高了食品的质量以及营养价值,同时在食用的安全性方面也有较明显的提升。组织培养技术能够保留并提高作物的营养价值,同时提高其抗病的能力,满足了人们的需求。其主要是以植物细胞的全能性为基础,使植物组织能够顺利地在无菌环境中生长,并且可以加快植物的生长速度,保证作物的品质及安全,对于农业的发展和产品的安全具有极为重要的作用[6]。
4结语
现如今,生物技术能够有效地提高农作物的产量,提高农作物的生长速度及抵抗力,从而改善我国农业的发展现状。所以,大力推广生物技术在农业种植中的应用,能够为我国农业的健康可持续发展奠定基础。
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食品分析是食物营养评价和食品加工过程中质量保证体系的一个重要组成部分,它始终贯穿于食物资源的开发、食品加工与销售的全过程。随着人们生活水平的提高,特别是我国加入W TO后,我国食品走向世界的关税壁垒将逐渐被技术壁垒所取代,一方面,食品的功能性和安全性将越来越受到重视,对其分析精度和检测限的要求越来越高;另一方面,作为食品生产企业和政府监管机构,对食品品质的控制则要求能实现现场无损检测和快速检测,而对分析精度和检测限的要求则相对较低。因此,食品分析技术正向着省时、省力、廉价、减少溶剂、减少环境污染、微型化和自动化方向发展。现对近年来在食品分析中出现的新生物技术作一简单介绍。
1、生物芯片技术
主要特点及其在食品分析中的应用。生物芯片技术具有可实现样品分析过程的连续化、集成化、微型化和信息化等特点,目前已应用于食品卫生检验、食品毒理学研究、分子水平上阐述食品营养机理和转基因食品的检测等多个领域。基于生物芯片在用于基因表达分析及蛋白质检测方面具有无可比拟的优越性,结合了多门学科中的高新技术,因此,其优越性将会日趋明显,预计将会成为未来食品安全检测分析中的生力军。
2、生物传感器技术
2. 1、基本原理
生物传感器是指把用固定化的生物体成分(酶、抗原、抗体或激素 )或生物体本身的细胞、细胞器、组织和器官等作为敏感元件的传感器。生物传感器技术是建立在细胞固定化和酶固定化技术基础之上的,它以生物分子去鉴别被测物,然后将生物分子所发生的物理变化或化学变化转化为相应的电信号并予以放大输出,从而得到相应的检测结果。
2. 2、主要特点及其在食品分析中的应用
由于生物传感器具有结构简单、体积小、响应速度快、样品用量少、可反复使用、灵敏度高、特异性好、不需要对被测组分进行分离和测定时不需另加试剂等特点,所以使用方便,有利于现场快速检测,故用生物传感器作为检测装置时主要应用在糖类、氨基酸类、有机酸和Vit等食品成分分析上,在食品添加剂 (亚硫酸盐、亚硝酸盐、甜味素和过氧化氢 )的分析、食品中细菌和病原菌的检测、食品鲜度的检测、食品滋气味及成熟度的检测等领域中也有应用。在未来知识经济发展中,生物传感器技术是介于信息技术和生物技术之间的新增长点,正逐渐变为在线检测的主要手段,在食品分析中有着广泛的应用前景。
3、免疫分析技术
3. 1、基本原理
免疫分析技术是指利用抗原抗体间的特异性反应为基础,结合各种定量信号方法来对某种物质进行定性或定量测定的一种技术,是一类高灵敏度、高特异性检测技术的统称,广泛应用于各行业。该类技术的基本原理相同,仅标记物质不同,最终测定所发出的信号不同。根据文献报道,具有推广价值或已广泛应用的有放射免疫分析、荧光免疫技术、酶联免疫检测技术、发光免疫分析技术、免疫电镜技术和胶体金免疫标记技术等。
3. 2、主要特点及其在食品分析中的应用
免疫分析技术具有高特异性、高灵敏性、操作简便安全无污染、干扰小和再现性好等特点,现已广泛应用在食品中微生物 (如沙门氏菌 )的检测、食品中的抗生素和激素的检测、食品中的真菌毒素检测、食品中的除草剂和杀虫剂等农药残留检测、食品中的营养素 (如蛋白质 )的检测等项目,市场上已有部分商品化的试剂盒供应。目前几乎所有的常用兽药都建立了免疫检测方法,大部分已成功的运用在动物性食品中兽药残留的检测,随着分析技术自身的优势和方法上的不断完善,尤其是制备更加特异的单克隆抗体或功能更加完备的重组单链抗体,以及免疫传感器技术和芯片技术的日臻完善,免疫分析技术在食品安全快速检测领域将发挥愈来愈重要的作用。
4、酶法分析技术
4. 1、基本原理和方法
酶分析法在食品分析中的应用主要有两个方面:一是以酶为分析对象,根据需要对食品加工过程中所使用的酶和食品样品中所含的酶进行酶的含量或活力的测定;二是利用酶的特点,以酶作为分析工具或分析试剂,用于测定食品样品中用一般化学法难于测定的物质。随着技术的发展,现已出现多酶偶联测定法、利用辅酶作用或抑制剂作用测定法、通过酶反应循环系统的高灵敏度测定法、酶标免疫检测法和放射性同位素测定法等新方法。
4. 2、主要特点及其在食品分析中的应用
与其它分析方法相比,酶法分析最大的特点和优点就是它的特异性强,对样品不需要进行复杂的预处理。此外,由于酶的催化效率高,酶反应大多比较迅速,故酶法分析速度快。酶法分析已应用在食品中葡萄糖的定量分析、食品中无机金属离子的测定、食品中Vit的测定、食品中农药残留的检测、食品中嘌呤和核苷酸的检测及食品中毒素检测等领域,并且酶法分析正朝着方便快速等方向发展,如将酶制成酶电极,直接测定,省去试剂配制和标准曲线的制作等步骤。目前已实际应用在分析中的酶电极有L -氨基酸氧化酶电极、过氧化物酶电极和脲酶电极等。
5、结束语
随着生物技术的发展,人们已逐步认识到生物技术在食品分析中的重要作用。生物技术检测方法以其自身独特的优势在食品分析中显示出巨大的应用潜能,其应用几乎涉及到食品分析的各个方面,包括食品的品质评价、食品的质量监督、生产过程的质量监控及食品科学研究等,尤其是它能够对许多过去难于检测的成分进行分析。目前由于各种条件的限制,生物技术在食品分析中的应用还不普及,随着科学技术的不断发展,在不久的将来,生物技术在食品分析中将占有越来越重要的地位。
棉花在我国的经济发展中是一种主要的经济作物及纤维作物,常规育种在棉花生产中发挥了较大的作用,但是在近几年的棉花育种中对抗虫、抗旱以及抗黄萎病等方面没有较大的进展,生物技术在新材料的创造方面优势较大,发展速度逐渐加快,也取得了很大进展,为社会经济效益的提升做出了贡献。
1 生物技术在棉花育种中的应用
1.1 农杆菌介导技术在棉花育种中的应用进展
通过农杆菌介导外源基因转化棉花已经成为经典技术,在至今发展起来的棉花转基因技术中,农杆菌介导的遗传转化占据主导地位,应用最为普遍[1]。在使用农杆菌介导法成功的获得珂字棉转基因植株之后,这一技术就在国际上得到了快速的推广应用,进展也很迅速。并且珂字棉中的几中类型还在还成为了转基因实验中模式品种,提高了转化效率,但是在实际的转基因棉花材料的应用中还需要经过系统选育或者杂交选育的方法去进行处理。通过我国科学家的努力,农杆菌介导技术获得了简单化及具体化的进步,对技术应用的关键点进行了明确,棉花瓶中的规模化转化体系也得到了快速的、多样化的建立,实现了不同转基因技术之间的结合应用,达到了流水线生产的效果,使得棉花转基因技术体系更加的高效,显著的提高了棉花的成株规模,降低了生产成本。
1.2 花粉管通道技术在棉花育种中的应用进展
花粉管通道技术属于我国科学家独立创造的一种转基因技术,并且在棉花转基因技术中也应经取得了很大的突破,这一技术的发明首先是通过玉米、小麦、大豆等农作物进行实验的,然后在棉花上进行转移抗枯萎病DNA大片段取得了成功,后来转基因棉花品种植株由谢道昕等人研究完成,随后科学家又在陆地棉中实验成功,研究出了具有吐絮集中、高产、耐枯萎及抗逆性强等特点的棉花新品种,称为湘棉12号。海岛棉DNA道路陆地棉之后又出现了三种新的棉花品系,随后转基因抗虫棉也得到了应用,而中国农科院棉花研究所的李付广等人则将双价抗虫基因转入到了中棉所23之中,使得双价转基因材料sGK9708得到了研发与应用。另外,我国还形成了比较完善的棉花转基因技术体系,花粉管通道技术在实际的使用中不会因为棉花基因型号而产生不良影响,独立自主性较强,与国际先进水平相一致,当前我国农科院棉花研究所还建立了专门的转基因技术平台,利用三种转化技术每年可以产生六千株的棉花,并且凭借这一技术获得了国家科技进步奖项。
1.3 基因枪导入技术在棉花育种上的应用进展
基因枪导入技术是由美国Cornell大学的JohnSanford等人于1987年研制出的,这是基因枪转化技术发展的开端[2]。商品枪PD S-1000系统最早是由美国企业推出的,这一技术的发展重点在粒子加速系统之中,主要目标就是提升射弹的可控性,就是更加重视粒子运行速度与射入的浓度两者之间的发展关系。基因枪转化技术不受宿主控制,并且其中的靶受体类型比较多样化,成了应用最为广泛的一种基因转移技术类型。现阶段,已经有很多种类的作物使用这一技术获得了转基因植株,比如小麦、水稻等等。这一技术生命力比较旺盛,具有优良的发展潜力。在棉花育种过程研究中还通过棉花胚性悬浮细胞系当作受体实行轰击,得到了转化植株,然后又通过茎尖分生组织对棉花受体实施了转化,使得经分子检测的棉花转化植株的研发获得了很大的成功,最终获得了可以进行育种的海岛棉与多种陆地棉的转化植株,转化率大约在百分之0.027到百分之0.22之间。科学家还通过基因枪技术将抗棉铃虫、抗蚜虫及抗旱等基因转入到了国产的棉花品种之中,使得转基因棉花品种增加了育种价值,中国农业科学院棉花研究所还实现了基因枪轰击转化体系的建成,提高了植株的转化率。
2 生物技术在棉花育种中存在的问题及对策
目前棉花生物技术研究主要集中于几个方面:其一是无选择标记转化技术,可避免抗抗生素基因的负面影响;其二是棉花内源基因的克隆与应用,主要用于棉花纤维品质改良与棉酚等次生代谢物的生物降解[3]。融合基因的手段实现基因克隆并投入应用,这样做的目的主要是提升棉花生产的商业价值,现阶段棉花育种技术的发展已经取得了很大的进步,但是其中仍然存在一些不足之处,需要找出相应的解决对策,主要体现在以下几个方面:
首先,应该做的就是对已经实现商业化的基因进行不断的改进,现阶段棉花育种中使用的转基因抗虫棉只能对红铃虫及棉铃虫等有限的害虫产生抗性,但是对其他害虫,比如棉叶螨、烟粉虱及棉蚜等都不能产生相应的抗性,在抗虫棉的种植中,人们会相对的减少农药的使用次数,所以对以上的害虫的治理效果也会明显下降,加重了这些种类的害虫对棉花生产造成的危害,因此,需尽快的研究出有价值的配套综合防治科技。现阶段的转基因抗虫棉的种植时间能够一定程度的进行延长,种植面积也在增加,所以棉铃虫产生的抗性也会逐渐的增强,针对这一情况,可通过寻找与筛选广谱抗虫基因结合特异启动子的使用,利用转多基因抗虫棉等手段去解决其中的问题。
其次,目前已经克隆的与棉花相关的基因和元件数量非常多,但是其中具有良好的应用价值的基因数量却是少之又少,得到实际应用的主要有Bt类以及抗除草剂类的棉花种子,其它方面的比如抗旱、抗黄萎病等类型的基因还是不能从实验室真正的应用到农田生产之中。针对这一问题,生物技术研究人员应该注重对外源基因进行构建、转化等内容的探究与实验。针对Bt抗虫棉这类棉种来说,它属于一种单基因的性状,应用时间不断增加的情况下,棉铃虫及红铃虫等害虫体内就会随之出现抗Bt的群体,双价抗虫棉即使具备较高的抗性,其在以后出现棉铃虫抗性群体也是不可避免的,所以需要针对这种抗性丧失的问题加强研究,可以通过寻找与筛选广谱抗虫基因结合特异启动子的方法,对转多基因抗虫棉等技术进行充分的应用。
最后,就是积极促进基因工程和常规育种的结合发展,在生物技术发展中应该意识到,基因工程并不能解决所有棉花育种中存在的问题,实际上它只是一种人工合成的新型材料,应用之前也需要用常规育种的手段对其可靠性进行检验,所以,植物基因技术需要与常规育种技术相结合发展,通过大田试验将转基因植物良好的基因不间断的遗传给后代,这样才能获得棉花育种的可持续发展与增产。
3 结束语
生物技术在棉花育种中的应用获得了不错的效果,对棉花育种工作的发展提供了很大的帮助,以后的发展趋势也非常可观,但是同时也应该看到生物技术在推广应用中具有的局限性,为了达到生物技术的充分利用,为棉花育种工作提供更优良的技术支持,就需要将生物技术与常规棉花育种技术相结合使用,这样才能将生物技术的潜力充分的在棉花育种中发挥出来。
参考文献
[1]李付广,刘传亮.生物技术在棉花育种中的应用[J].棉花学报,2007,5:362-368.
2儿童ADHD的治疗
2.1儿童ADHD传统治疗儿童ADHD的传统治疗常选用中枢兴奋剂、非中枢兴奋剂、抗抑郁剂、抗焦虑药物、安定药和情绪稳定剂。中枢兴奋剂哌醋甲酯(利他林)为常用治疗药物,它能够改善ADHD主要症状,对完成课堂学习任务和社会功能都有正性作用,并能够减少攻击、对抗和破坏行为等症状〔14-15〕。近些年,我国中医学者也有运用辨证论治、中药汤剂、针灸等方法治疗儿童ADHD达到较好疗效的临床治疗报告。临床实验研究显示,中药在治疗儿童ADHD短期效果优于或等于西药,长期疗效也较稳定,不良反应少,无成瘾性〔16-18〕。行为干预方法是需要结合患儿的个体情况制定具体的、个性化的干预方法,并且需要在老师、家长的全力配合下才能进行。心理干预过程中,不能单一依靠惩罚来达到矫正行为,需要具体问题具体分析,找问题发生的根本原因。这样就需要家长和老师具备一定的心理学知识,积极地给予孩子创造良好的学习生活环境,并且保证与ADHD患儿之间进行良好的沟通。2.2儿童ADHD脑电生物反馈治疗脑电生物技术治疗作为一种新兴治疗儿童ADHD的技术近年来发展很快,它的基本原理是通过训练来强化15~18Hz的感觉运动节律波,抑制4~8Hz的θ波,并通过自身调节来改变脑电图波形,以强化对大脑有利的波形、抑制对大脑不利的波形,从而改变脑功能〔19〕。有研究发现〔20〕,此治疗措施相比传统的心理学行为干预和药物治疗效果要好,并且经该方法治疗后患儿各项情况明显好转,且具有持久性特点。脑电生物技术治疗除了对儿童ADHD三大主要症状有明显改善之外,还具有改善视觉、听觉商数,达到视觉、听觉相互协调统一的效果,使得注意力四维同步提升〔21-22〕。2.3传统治疗方法与脑电生物技术治疗方法的比较西药虽然具有起效快、症状缓解明显等特点,但绝大多数药物的半衰期短、不良反应大,若长期用药或用药剂量过大还会出现呆板和意志力减退等不良反应,从而导致患者服药依从性差、治疗效果降低〔23〕。采用中医中药方法治疗儿童ADHD虽然在临床已经取得初步成效,但是缺乏多中心、大样本支持,所以用药微量化、客观化、标准化还未能具体实现。由于家长对于药物产生的不良反应是否会影响儿童生长发育存在一定担忧,因此较少家长会选择药物治疗这一方法〔24〕。在临床上,为了避免给儿童造成伤害,对于低龄、症状较轻的儿童一般不采用药物治疗而选择行为干预的方法。因为一方面低龄儿童处于大脑发育时期,此时用药可能会影响大脑正常发育过程,另一方面该类药物对于患有其他基础疾病如癫痫、高血压、心脏病等患儿具有一定局限性〔25〕。行为干预能够较好地矫正注意力缺陷多动障碍患儿的行为,但是由于干预周期长,环境与心理因素对心理学行为干预效果影响较大,如在患儿与家长、家长与老师、患儿与老师之间的矛盾关系存在的情况下,患儿常常在治疗过程中出现症状反复的现象。与药物治疗相比,脑电生物技术治疗具有适用人群广、效果持久、无不良反应等特点,通过脑电生物技术对儿童ADHD进行非药物干预有望改善我国治疗儿童ADHD药物滥用的现状;其与心理学行为干预相比,它也具有治疗周期短、效果明显、影响因素小等特点。
中图分类号:S531;Q789 文献标识码:A 文章编号:0439-8114(2016)11-2721-06
DOI:10.14088/ki.issn0439-8114.2016.11.001
Application of Modern Biotechnology in Ipomoea batatas Breeding
YANG Han1,CHAI Sha-sha2,SU Wen-jin2,LEI Jian2,WANG Lian-jun2,SONG Zheng2,LIU Yi3,YANG Xin-sun2
(1.College of Plant Science and Technology, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China;2. Institute of Food Corps, Hubei Academy of Agricultural Sciences, Wuhan 430064, China;3. Agronomy College, Yangtze University, Jingzhou 434023, Hubei, China)
Abstract:The modern biotechnology has overcome the difficulties which could not be solved in the past in Ipomoea batatas breeding.Mutation breeding, cell engineering, molecular markers,genetic engineering etc., are playing very important roles in Ipomoea batatas breeding for high yield, good quality,resistance to diseases and pests and other characteristics.The research and utilization of mutation breeding, cell engineering,molecular markers and genetic engineering in Ipomoea batatas breeding are reviewed in this paper.
Key words:Ipomoea batatas; modern biotechnology; breeding; mutation breeding; cell engineering; molecular marker; genetic engineering
甘薯(Ipomoea batatas)属旋花科甘薯属,为一年生或多年生蔓生草本,是中国的重要粮食作物、饲料作物和新型生物能源作物,具有极高的经济价值。甘薯含有60%~80%的水分,10%~30%的淀粉(支链淀粉含量高,易被人体消化吸收),5%左右的糖分,还富含人体必需的多种维生素(VA、VE、VB1、VB2、VC等)、氨基酸(赖氨酸含量较高)、蛋白质、脂肪、膳食纤维以及钙和铁等多种矿物质。甘薯中的活性化学物质(脱氢表雄酮)可以抑制癌症和预防癌细胞增殖[1]。因此,培育出高产、稳产、优质的品种及各类不同用途和种类的品种如食用、加工用、饲料用、茎尖菜用等[2]具有非常重要的现实意义。但是由于甘薯的高度杂合性、杂交不亲和性、遗传资源匮乏、遗传基础狭窄、优异近缘野生种利用困难和病虫害、病毒病危害严重[3],极大地制约了甘薯的生产和发展。但传统育种模式周期长,品种改良进度缓慢,难以满足发展需求。生物育种是目前应用推广最为迅速的技术,它突破了传统育种的局限性,有利于加速培育高产、优质、抗逆、广适的新品种。本文重点介绍近年来几种主要生物技术,包括诱变育种、细胞工程、分子标记辅助选择育种和基因工程在甘薯育种中的发展与应用。
1 诱变育种
甘薯是一种无性繁殖作物,其自然变异和人工诱变产生的变异,是甘薯育种重要的变异来源,因此诱变育种一直是甘薯育种的一条重要途径,也是发展比较早的一种技术。
在自然条件下,由于外界环境的变化和遗传结构的不稳定性,植物本身会发生自发突变,但是这类突变发生的频率较低。自然变异突变体的选择、鉴定是甘薯种质创新的主要途径。张连顺等[4]从抗薯瘟病的闽抗329中选育出了兼抗蔓割病、藤蔓旺盛的闽抗330,张永涛等[5]、李培习等[6]分别从高抗根腐病的徐薯18芽变体中选育出了兼抗茎线虫病的临选1号和富贵1号。
辐射诱变的方式包括χ射线、60Co处理、80 Gy γ射线处理、搭载返回式卫星进行空间诱变处理等。但诱发突变的方向难以控制,有利突变频率不够高。通过辐射诱变育种加以多年筛选获得了比较好的品种如较徐薯18高抗黑斑病的品系农大601[7]和抗线虫扩展、薯皮色同质、干物率高、食味优、高胡萝卜素突变体及淀粉类型和紫色素类型育种材料[8]。
化学诱变具有专一性强、突变频率高,突变范围大的特点,为多基因点突变,诱变后代的稳定过程较短,可以缩短育种年限。Luan等[9]用EMS处理鲁薯8号愈伤组织,并通过离体筛选,获得3个耐盐突变体株系(ML1,ML2,ML3)。王凤保等[10]用0.05%秋水仙素和2%二甲基亚砜混合水溶液处理秦薯1号甘薯种子,选育出高产、高淀粉、低β-淀粉酶活性、高蛋白质、高铁、早熟的短蔓型甘薯新品种短蔓3号。王芳等[11]用0.5% NaN3处理澳大利亚Au1990sp紫甘薯的胚性细胞团,选育出品种适应性广、产量高、品质佳、抗性强的甬紫薯1号。
2 细胞工程
甘薯细胞工程主要有体细胞胚发生、原生质培养、细胞悬浮培养、茎尖分生组织培养等,在种质资源创新、新品种选育和脱毒苗工厂化生产等方面具有广阔的应用前景。目前主要通过茎尖诱导体细胞胚胎的植株再生。利用甘薯茎尖培养诱导得到胚性愈伤后,通过液体振荡悬浮培养可以迅速增殖,利用农杆菌介导、基因枪、电激等方法研究甘薯的遗传转化。在此过程中,常常会出现自发变异,通过对这些突变体进行筛选,也可以用于甘薯新品种选育[12]。
甘薯容易侵染的病毒和类病毒种类较多,加上甘薯属于无性繁殖作物,病毒能够在植株体内不断增殖积累,使甘薯病毒病的危害逐年加重,造成了大幅度的减产。利用甘薯茎尖病毒含量低或不带病毒的特点,通过茎尖分生组织培养可以生产甘薯无毒苗。脱毒甘薯增产效果显著,根茎叶生长旺盛,光合效率高,抗逆能力强[13]。经检测确定为不带病毒的组培苗可以进行快繁和原种生产。
3 分子标记辅助选择育种
分子标记在甘薯遗传育种中的应用是利用标记将不同甘薯品种DNA序列上的多态性体现出来,可利用其进行种质鉴定、基因定位、遗传图谱构建和辅助育种等并最终应用到生产实践中。在作物遗传改良过程中,形态标记、细胞学标记和同工酶标记等已很难满足对它们的基因组进行更详细研究的需要。随着分子生物学的发展,产生了多种基于DNA多态性的分子标记技术,在甘薯育种中应用较多的是RAPD、AFLP、ISSR、SCAR和SNP等。
3.1 构建甘薯分子遗传图谱
由于甘薯的遗传背景较复杂,对甘薯基因组的研究较滞后,分子标记的数量和种类相对匮乏,分子遗传图谱的构建要落后于水稻、玉米等作物。Kriegner等[14]在2003年用AFLP技术构建了首张甘薯遗传连锁图,632个母本标记和435个父本标记分别排列在Tanzania的90个连锁群和Bikilamaliya的80个连锁群上,共定位了1 100个AFLP标记,平均遗传距离为5.9 cM。随着甘薯栽培种转录组测序的完成和分子标记技术的发展,李爱贤等[15]在2010年利用SRAP标记构建了漯徐薯8号和郑薯20连锁图谱,漯徐薯8号的81个连锁群由473个SRAP标记组成,总图距为5 802.46 cM,标记间距为10.16 cM,郑薯20的66个连锁群由328个SRAP标记组成,总图距为3 967.90 cM, 标记间距为12.02 cM。Zhao等[16]在2013年利用AFLP和SSR标记构建了徐781(高抗茎线虫病)和徐薯18(高抗茎线虫病)的连锁图,徐薯18的90个连锁群含有1 936个AFLP和141个SSR标记,总图距为8 184.5 cM,标记间距为3.9 cM;徐781的90个连锁群含有1 824个AFLP和130个SSR标记,总图距8 151.7 cM,标记间距为4.2 cM。这也是到目前为止标记密度最高、基因组覆盖率最广的甘薯栽培品种分子标记遗传图谱。
3.2 绘制指纹图谱,鉴定甘薯品种
甘薯是一种无性繁殖作物,其品种数量多、同种异名、同名异种的情况比较普遍,在甘薯的生产过程中容易出现品种间混淆的情况,使得品种鉴定困难,影响品种的改良和育种。随着分子生物学的快速发展,DNA分子标记技术已成为指纹图谱构建和品种鉴定的主要方法。指纹图谱能够在分子水平上鉴别生物个体之间的差异,可以有效克服形态和生化上的局限性,是甘薯品种鉴别的重要工具,在生产实践上具有重要意义。
目前用来作DNA指纹图谱的标记主要有RAPD、SSR、ISSR、AFLP、SRAP等。Arthur等[17]应用RAPD标记分析在美国8个州种植的甘薯品种“Jewel”的无性系,发现其中5个的多态性谱带在7.1%~35.7%之间,表明RAPD标记可以检测无性系中的变异。王红意等[18]研究表明通过RAPD标记产生的指纹图谱可以将30个中国甘薯主栽品种分为3类。罗忠霞等[19]采用EST-SSR标记,利用2对引物将52份甘薯品种区分开,建立了52份甘薯品种的指纹图谱。季志仙等[20]利用ISSR技术对不同引物获得的指纹图谱进行了分析,发现利用2对引物即可将供试的17份甘薯品种区分为4类。蒲志刚等[21]利用AFLP技术通过五对引物构建出47个品种南瑞苕的指纹图谱,将其分为5类。张安世等[22]利用SRAP技术通过2对引物构建出22种甘薯品种的DNA指纹图谱,将其分为7类,随后又利用ISSR技术通过3对引物将22种甘薯品种分为4类[23]。
3.3 甘薯基因定位和DNA分子标记辅助选择育种
甘薯许多重要的农艺性状如块根产量、品质(淀粉含量、胡萝卜素含量)、抗病性(茎线虫病、根腐病和黑斑病)等都属于多基因控制的数量性状,在甘薯分子连锁图谱的基础上,对重要农艺性状进行QTL定位,进而克隆相关性状的主效基因,是甘薯育种研究的重要方向。DNA分子标记辅助选择育种具有方便、快捷、准确等特点,且较少受季节、发病条件、发育条件、鉴定方法等因素的限制,可以在低世代进行早期选择,更适合目前育种的需要。目前该技术已广泛应用于甘薯的育种研究中。
Ukoskit等[24]利用甘薯易感根线虫病品种与抗根线虫病品种杂交,用760个RAPD引物对2亲本和F1分离群体进行分析,筛选出1个抗根线虫病的基因。柳哲胜[25]用RAPG法和改进的SSAP技术对农大603和徐薯18的基因组进行抗茎线虫病相关基因的分析,结果显示由片段54设计的引物在抗病和感病品种之间扩增出多态性带,推测片段54是与甘薯抗茎线虫病有关的RGA(Resistance gene analog),并得出甘薯MIPS基因可能与甘薯抗茎线虫病有关。周忠等[26]对高抗茎线虫病的徐781和高感茎线虫病的徐薯18的后代进行抗病性鉴定和RAPD分析,得到与抗茎线虫病基因相连锁的RAPD标记OPD0l-700,经证明,该标记可作为甘薯抗茎线虫病辅助育种的分子标记,并在甘薯育种尤其是抗病品种选育中发挥较大的作用。王欣等[27]利用对高抗亲本徐781和高感亲本徐薯18的F1分离群体的161个品系进行OPD01-700的克隆和测序,成功地将OPD689标记转化为SCAR标记,初步验证结果与田间鉴定结果基本一致,初步建立了甘薯抗茎线虫病育种分子标记辅助选择技术。袁照年等[28]以金山57×金山630的杂交F1分离群体为材料,按F1单株抗性分群,建立薯瘟病抗病池和易感池,分别以其为模板进行RAPD分析,结果显示其中S213-500在抗感池和易感池间显示多态性,可以作为抗Ⅰ型薯瘟基因的连锁标记,在鉴定甘薯抗I型薯瘟病方面具有应用价值。苏文瑾等[29]在已有的高抗根腐病品种徐薯18与高感品种胜利百号F1分离群体抗性鉴定的基础上,采用分离群体混合分析法(BSA)与AFLP技术相结合,发现显性标记Eco(45)-Mse(45)与感病基因连锁,对甘薯抗根腐病的遗传改良具有指导意义。蒲志刚等[30]以南薯88等12个抗感黑斑病品种为材料,建立了甘薯黑斑病的AFLP分子标记体系,并用该体系找到了与甘薯抗黑斑病紧密相关的特异性DN段,为甘薯抗黑斑病分子标记辅助育种奠定了基础。
吴洁等[31]利用甘薯高淀粉品种绵粉1号和甘薯低淀粉品种红旗4号杂交F1代分离群体采用SRAP分子标记,将1个与淀粉含量相关的QTL定位到绵粉1号遗传图的第三连锁群上。蒲志刚等[32]利用甘薯高淀粉品种绵粉1号与甘薯低淀粉品种红旗4号杂交F1代分离群体,在绵粉1号遗传图的第二连锁群上检测到E1M7-2可作为淀粉的临近QTL。李爱贤等[33,34]以高淀粉、低胡萝卜素含量的甘薯品种漯徐薯8号和低淀粉、高胡萝卜素含量的甘薯品种郑薯20杂交得到的F1分离群体,采用SRAP分子标记的方法在父本郑薯20的Z31连锁群上检测到1个与淀粉含量相关的QTL,并检测到17个与甘薯β-胡萝卜素含量相关的QTLs,其中10个定位在郑薯20图谱上,7个定位在漯徐薯8号图谱上。
3.4 甘薯转录组测序和分子标记的开发
转录组测序(RNA-seq)操作简单,不局限于已知的基因组序列信息,可获得低丰度表达基因,具有通量高、灵敏度高、成本低及应用领域广等优点。转录组研究是基因功能与结构研究的基础和出发点,利用新一代高通量测序,能够快速全面地获得某一物种目标细胞在某一特定状态下的全部RNA序列的信息,例如发现新转录本、了解基因的表达量、挖掘单核苷酸多态性(SNP)、结构性变异等[35]。目前,测序技术已成为分子生物学研究中最常用的技术。相比于其他作物,甘薯的基因数据资源极少,这给甘薯的分子生物学研究带来极大的不便。Gu等[36]应用Illumina的RNA-Seq技术对不同的甘薯组织与发育阶段进行高通量的转录组测序,通过对甘薯的转录组从头组装、基因注释和代谢通路分析,得到了大量重要的转录本信息,如淀粉合成、抗盐、抗旱、转座子和病毒等相关基因。Tao等[37]利用Illumina数字基因表达(DGE)标签分析甘薯的7个组织的转录组的差异,鉴定出大量的差异和特异表达的转录本,主要涉及病毒基因组的基因表达方式、淀粉代谢、潜在耐逆性和抗虫性等方面。
转录组测序的高通量特点使分子标记的大规模发掘得以实现。基于转录组测序开发的分子标记主要为SSR和SNP。Wang等[38]采用同样的方法获得56 516个unigenes,基于与已知的蛋白序列的相似性搜索,总共鉴定发掘出114个cDNA的潜在的SSRs。Xie等[39]通过对紫薯转录组的高通量测序,获得58 800个unigenes,发掘出851个潜在的SSRs。SNP是基因组中最普遍的遗传变异,有着分布广、数量多、遗传稳定性高、密度高、易于实现分析自动化等诸多优点,是构建遗传图谱、完成分子标记辅助育种的一种非常重要的遗传标记,新一代的高通量测序平台为SNP位点的检测提供了强有力的技术支持。许家磊[35]在淀粉含量、薯干产量和茎线虫病抗性差异明显的徐781和徐薯18的Illumina RNA-seq测序结果中已获得1 386个SNP候选位点的基础上,发现Tetra-primer ARMS-PCR可以检测出SNP分子标记,可以用于甘薯SNP分子标记的开发。苏文瑾等[40]利用简化基因组测序技术(SLAF-seq)对300份甘薯种质资源的大群体测序,通过生物信息学分析进行系统设计,筛选特异长度的DN断,构建SLAF-seq文库后高通量测序,通过软件分析比对,获得260 000个多态性SLAF标签,在多态性SLAF标签上共开发得到795 794个群体SNP位点。
4 甘薯基因工程
1983年世界首例转基因植物培育成功,标志着人类用转基因技术改良植物的开始,至今已有120多种植物转基因获得成功。近年来基因工程技术在农业作物育种领域已经取得成功并逐步推广,基因工程技术已成为普及应用最快的先进农作物改良技术之一。基因工程技术是提高作物产量和改良作物品质的有效途径,给人类带来巨大的社会和经济效益。相对于其他作物,甘薯基因工程的研究起步较晚。自1987年以来,许多学者陆续报道把抗性基因nptII和标记基因Gus转入甘薯,成功地获得了转基因的愈伤组织、芽或再生植株,为进一步转化目的基因改良甘薯积累了经验[41]。近年来,在应用基因工程提高甘薯蛋白质或淀粉含量、改善蛋白质氨基酸组成或淀粉组成、提高甘薯抗虫及抗逆性等方面取得了较大进展。
4.1 甘薯品质改良的基因工程
甘薯品质改良主要集中在淀粉、蛋白质和胡萝卜素方面。Shimada等[42]构建了编码甘薯淀粉分支酶的IbSBEII基因的dsRNA干扰载体并通过农杆菌转化进入甘薯基因组,转基因植株的淀粉具有较高的直链淀粉含量。Otani等[43]通过RNA干扰技术抑制甘薯淀粉粒附着性淀粉合成酶I(GBSSI)基因的表达,培育出不含直链淀粉的转基因甘薯植株。Takahata等[44]通过抑制淀粉合成酶Ⅱ(SS Ⅱ)的表达改变支链淀粉的结构降低甘薯淀粉的糊化温度。Santa-Maria等[45]从海栖热袍菌中克隆了一个编码极端嗜热α-淀粉酶的基因,通过根癌农杆菌介导的转化获得的转基因植株在80 ℃具有自发处理淀粉为可发酵糖的能力。
罗红蓉等[46]用根癌农杆菌介导获得了含人乳铁蛋白基因(hLFc)的甘薯抗性愈伤组织,为获得具有转人乳铁蛋白基因的甘薯材料奠定了基础。高峰等[47]获得了转玉米醇溶蛋白的转基因甘薯植株。脂联素(Adiponectin)具有抗炎、增加机体对胰岛素敏感性和降糖、抗动脉粥样硬化的作用。Berberich等[48]利用根癌农杆菌介导的转化获得表达Adiponectin cDNA的转基因甘薯植株。Kim等[49]利用RNAi沉默CHY-β基因,可以增加甘薯中的β-胡萝卜素的含量和类胡萝卜素含量。
4.2 甘薯抗病虫的基因工程
甘薯病毒、病虫害严重影响产量。Kreuze等[50]研究利用靶向编码SPCSV(甘薯褪绿矮化病毒)和SPFM(甘薯羽状斑驳病毒)序列复制酶的内含子剪接的发夹结构的RNAi策略通过根癌农杆菌转化甘薯,转基因植株对SPCSV和SPFMV的抗性显著增强。Muramoto等[51]的研究表明,转大麦αHT基因的甘薯植株的叶片和块根表现出对黑斑病菌的抗性。蒋盛军等[52]用根癌农杆菌介导法将OCI(水稻巯基蛋白酶抑制剂基因)导入甘薯品种栗子香中获得了转基因植株,对转基因甘薯植株对甘薯线虫病的抗性进行了初步研究。
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中图分类号 S652 文献标识码 A 文章编号 1007-5739(2013)06-0075-01
甜瓜(Cucumis melo L),又名香瓜,是夏季消暑瓜果,深受人们喜爱。随着生产的发展,传统的育种技术已不能满足人们的需要。近十几年,生物技术迅速发展,可将克隆的病原生物的基因转入高等经济植物,使得高等经济植物获得对病虫害的抗性。因此,在甜瓜育种中运用生物技术逐渐被大家所重视。生物技术在甜瓜育种中有了较大的进展,大大提高了育种效率。
1 组织培养技术
1.1 离体培养的植株再生研究
离体培养是生物技术的基础,利用离体培养进行遗传改良的生物技术都必须经过植株再生的关键步骤。影响甜瓜离体培养的因素有很多,包括外植体、培养基的组成及激素。
1.1.1 外植体。研究者已成功从愈伤组织、子叶、下胚轴、真叶及卷须等外植体获得不定芽,进而获得植株。目前,最适宜的外植体被认为是子叶,甜瓜不定芽发生主要集中在子叶近胚轴端,表现出明显的极性。如用幼苗子叶作为外植体,应从苗龄3~7 d的无菌苗上获取子叶。Adelberg et al[1]的研究表明,未成熟胚子叶是理想的甜瓜不定芽再生外植体。
1.1.2 基本培养基及激素。离体培养研究的重要内容是寻找合适的培养基,其中最主要的是生长调节剂的组成及比例。绝大多数研究者均采用MS基本培养基进行甜瓜不定芽再生,并认为MS培养基为最合适的甜瓜离体培养的基本培养基。有关甜瓜离体培养激素方面研究很多,但只有细胞分裂素类生长调节剂促进细胞的生长和代谢向着不定芽方向分化。目前,普遍认为最佳不定芽再生条件是加入1~2 mg/L BA作为唯一的生长调节剂。甜瓜不定芽和侧芽诱导生根比诱导不定芽发生容易。当将其不定芽或侧芽转入含有生长素类生长调节剂的培养基时均可诱导生根。
1.2 单倍体育种
将具有单个或多个优良性状的材料进行杂交是甜瓜育种的重要手段,而单倍体育种是其中的重要方法之一。
1.2.1 花药培养。花药培养是瓜类单倍体育种技术应用的基础和重要环节。陶正南[2]首次成功通过花药培养获得再生植株,目前甜瓜花药培养存在的主要问题有4个:基因型对花药培养反应不同、花粉愈伤组织诱导率低、绿苗分化频率低、染色体加倍技术不过关。通过花药培养甜瓜单倍体诱导率很低,难以在育种上应用。
1.2.2 子房培养和胚珠离体培养。通过花药和小孢子培养单倍体诱导率太低,难以在育种中应用,很多研究者开始通过未授粉子房和胚珠培养来诱导甜瓜单倍体植株。子房培养的目的在于通过诱导大孢子分裂形成愈伤组织,再从愈伤组织诱导单倍体芽和小植株。除需选用授粉前直径4~8 mm的子房作为外植体外,其他步骤方法及培养条件与花药培养相同。许多研究表明,从子房培养诱导甜瓜单倍体要比从花药培养诱导单倍体相对容易。
Ficcadenti et al[3]首次对甜瓜未授粉胚珠进行诱导,得到了单倍体;Lotei et al[4]在γ射线源下以30 000 rad的剂量和85 rad/min的剂量率照射花粉,经射线照射而将生殖细胞杀死的花粉授粉,诱导孤雌生殖形成单倍体植株。韩丽华[5]对甜瓜处于接近成熟胚囊状态开花前14 h的厚皮甜瓜未授粉子房,采用剥胚珠的方法,接种于预培养基上,在35 ℃恒温箱中黑暗热激4 d;而后在25 ℃光下,含有AgNO3处理的诱导培养基上诱导2周,得到了由胚状体萌发的再生植株。探索出一条通过离体雌核发育诱导单倍体的途径。
1.3 细胞和原生质体培养
原生质体培养是指将细胞用酶解的方法脱去细胞壁而获得原生质体,再在离体培养条件下诱导原生质体再生壁,进而诱导细胞分裂形成愈伤组织,然后从愈伤组织经无性胚发生或芽器官发生而获得小植株的整个离体培养过程。
实现2个种间的无性杂交是许多研究小组进行甜瓜原生质培养的主要目的。Moreno et al[6]从悬浮培养甜瓜细胞的原生质体获得了愈伤组织,后来又从无菌苗叶片原生质体获得愈伤组织和胚状体。接着又从无菌苗真叶和子叶原生质体获得胚状体、芽及小植株。Matstumoto et al[7]在甜瓜子叶原生质体培养中得到愈伤组织并诱导出根。Bokelman et al[8]从9个甜瓜基因型的无菌苗子叶原生质体获得植株。Fellner et al[9]以10日龄甜瓜无菌苗下胚轴、子叶、真叶产生的愈伤组织和细胞团,然后得到原生质体,经过液体培养证明,子叶是较好的外植体,孙勇如等[10]从甜瓜无菌苗子叶的原生质体培养中获得再生植株。周小梅等[11]观察到由原生质体直接产生的胚性细胞团和球形胚、心形胚并由此而分化出根。
原生质体与完整的细胞一样具有全能性,由于没有细胞壁,可以较容易地摄取外源遗传物质如染色体、细胞器、DNA、病毒等,为高等植物分子水平与细胞水平的遗传操作提供理想的实验体系。利用原生质体培养技术可直接将外源基因导入甜瓜遗传基因组,在电激或PEG处理的条件下外源DNA可穿过原生质体膜进入细胞,到达细胞核从而有机会被整合到植物细胞基因组,实现基因转移,形成新遗传重组,为植株品种改良和创建新种质开辟新的技术途径。
2 利用转基因提高抗病毒性
甜瓜生产中严重影响产量和品质的因素是病毒感染,目前研究者已将病毒本身基因导入植物,获得了抗病毒的工程植物,如外壳蛋白(CP)基因。
Fang et al[12]首次报道了利用根癌农杆菌改造株系成功地将NPTⅡ基因转入甜瓜品种;Dong et al报道了他们利用农杆菌将抗性筛选基因(NPTl)和标记基因(GUS)转入甜瓜。Yoshioka et al[13]报道了用根癌农杆菌将有经济价值的黄瓜花叶病毒外壳蛋白基因(CMV-cp)成功地转入甜瓜,Fang et al[12]将他们克隆的西葫芦黄化花叶病毒外壳蛋白基因(ZYMV-cp)用农杆菌介导转入甜瓜后,其转基因植株表现出对ZYMV的抗性。George et al[14]将WMV和ZYMV的CP基因整合到一个质粒载体导入甜瓜,转化甜瓜植株对相应的病毒都有抗性。王慧中等[15]将西瓜花叶病毒1号外壳蛋白基因WMV-1CP基因和2号外壳蛋白基因WMV-2CP分别感染甜瓜子叶外植体,获得了可育的转基因甜瓜植株。
目前,普遍用于植物遗传转化的2种体系——农杆菌介导的基因生物插入法和“基因枪”基因机械导入法都可用于甜瓜的遗传转化。多数已发表的甜瓜遗传转化研究均采用以根癌农杆菌为介导的遗传转化法。
3 展望
离体培养和生物技术已广泛应用于甜瓜的快速繁殖、品种改良以及遗传转化研究。离体培养获得再生植株,为通过农杆菌介导和基因枪法的转基因遗传改良打下了良好的基础。随着甜瓜离体培养研究的深入,生物技术必将在遗传育种中的应用得到更快的发展,更上一个新的台阶。
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中图分类号:TB9 文献标识码:A 国家标准学科分类代码:410.55 DOI:10.15988/j.cnki.1004-6941.2016.01.018
21世纪,随着经济和社会的高速发展,人民的生活水平和质量也逐渐提高,食品质量的安全保障的重要性也日趋凸显,国家对食品安全问题也越来越重视,开始将许多先进的科学技术应用于食品检测中,从而保障人们的生活健康。其中生物技术由于其较之传统的检测技术更为的简单快捷,且灵敏度高,稳定性好,因此得到了广泛的应用。因此本文综述了几种常见的生物检测技术在食品检验中的应用,以期对国内的食品安全检测技术研发和产业发展有一定的参考意义。
1分子生物学方法在食品微生物检测中的应用研究
分子生物学方法主要是在分子水平上对细胞成分的理化性质及其变化下的生命现象进行研究,其常用的技术方法主要是DNA探针和PCR等技术。
1.1DNA探针法
DNA探针法的原理是:若两条不同来源的核酸链之间具有互补的碱基序列,它们就能够特异性的结合而成为一条分子杂交链。在已知其序列的DNA或RN断上加上可识别的标记(如用同位素标记),就可制成DNA或RNA探针,用以检测未知样品中是否具有与其互补的序列。目前使用的DNA探针杂交方法总体上可以分为2类:一类液相杂交技术,二是固相杂交技术。近年来DNA探针杂交技术在食品微生物检测中的应用研究相当活跃,目前已可以用DNA探针检测食品中的金黄色葡萄球菌、李斯特氏菌、志贺氏菌、沙门氏菌、大肠杆菌等。DNA探针杂交方法特异性和敏感性都比较高,且又没有放射性,不需要检测者再进行复杂的培养来扩增菌,节省了时间的同时也减少了毒力丧失的机会,并提高了检测的准确性,但其所选的探针必须是已知且特异的,所以目前难以普遍应用推广。
1.2PCR技术
PCR技术是以核苷酸的变性和复性为理论基础,然后通过DNA聚合酶的作用下,通过设计特异性的引物,可以使模板实现百万倍的扩增,从而实现对目的DNA进行选择性放大,及时性和准确性较强,所以在致病性食品微生物检测中的作用越来越明显,特别是对于那些样品量较少的检测,更是优先选择的检测方法。但该检测技术应用的前提和关键是必须合理设计引物并准确选择靶序列,否则会使扩增结果弱化,降低检测的特异性和灵敏性,从而导致结果出现假阴性或假阳性。由此发展而来的荧光定量PCR技术可定时定量检测,即通过对PCR期间变化的荧光信号进行直接测定,然后再通过专用软件动态监测并自动定量扩增产物,以此获得检测结果。目前利用PCR方法可快速检测食品中的单核细胞增生性李斯特氏菌、肉毒梭菌、沙门氏菌、弧菌、顽固性梭状芽孢杆菌、葡萄球菌肠毒素等微生物。另外PCR技术还被用于转基因食品的检测。目前转基因食品的检测方法主要有三种:核酸检测法、蛋白质检测法、酶活性检测法。这三个方法虽然都有各自的特点和不足,而PCR却仍然是最常用以及最适用的检测转基因食品的方法。这是由于PCR法不同于蛋白质法和酶法,它可以应用于加工后产品的检测,即使蛋白质已变性,而后两者却不能。PCR技术虽然对食品中致病微生物及转基因成分的检测特异性强、敏感度高、简便快速,但也存在不少问题。PCR反应极为灵敏,所以一旦样品被污染就很容易出现假阳性。引物的合成和选择也是PCR技术的应用的一大障碍,且其结果受实用条件和靶序列的选择的影响而会导致稳定性降低。虽然实时荧光定量PCR在一定程度上克服了上述的缺点,但由于定量PCR仪价格昂贵,暂时也难以普遍推广。
2免疫学方法
免疫学方法在食品检测中常用的技术即酶联免疫吸附试验(ELASA),它的原理主要是将特异性抗体与固相载体联结,形成固相抗体。然后加入待测样品。样品中的抗原与固相抗体结合,形成固相抗原抗体复合物。这时再加入酶标抗体则形使固相免疫复合物上的抗原与酶标抗体结合,加底物显色,即可通过比色,测知标本中抗原的量。免疫学检测方法主要用于食品中残余农药和微生物污染的检测,是食品检测中十分常见的一种方法。该方法在食品检测中的主要的优势是灵敏性强和准确性高。并且应用酶联免疫分析检测技术检测蔬菜和水果当中的难以检测的菌剂噻菌灵,具有较高的敏感性,美国化学会也已将其作为分析农药残留的主要方法之一,在我国该检测方法也取得了一定的进展,并在实际中得到一定程度的应用。
3生物芯片检测技术
在经济高速发展的今天,食品贸易的进出口不端增多,从而对高通量、高质量的监控体系和食品检测的需求日趋凸显,而生物芯片检测技术的应用,为食品检测当中检疫和检测方面最实用、最快速的高新技术。生物芯片的原理是将待测样品加在芯片的表面,由于生物分子特异性亲和反应(如核酸杂交、抗原抗体反应等),检测样品中的待测成分分别和芯片上固定化的生物识别分子结合反应,从而实现对样品的分析和检测。生物芯片技术的应用,可以实现对食品所处的安全状态进行科学的了解,并且对于进出口食品监管管理中的预警系统和快速反应系统的建立,具有重要作用,应用情景广。
4生物传感器技术
生物传感器技术是一种能够在短时间内分析大量的生物分子,从而使人们能够快速准确地获取样品中的多种信息的检测技术,检测效率比传统检测手段有极大的提高。生物传感器分为两个部分,换能器和生物敏感膜。当被分析物扩散进入固定化的生物敏感膜层,然后经分子识别,其发生生物学反应产生的信息继而被相应的化学换能器或物理换能器转变成可定量以及可处理的电信号,然后再经二次仪表放大并输出,这样就可以知道被测物的浓度。生物传感器主要具有以下的特点:多样性,因为生物反应的是特异且多样,所以理论上可以制成适应于测定所有生物物质的酶传感器;无需添加试剂分析,除了缓冲液外,大多数酶传感器不用再添加其他分析试剂;操作简便,且可以重复、连续使用,也可以二次性使用。虽然生物传感器技术具有其它检测技术不能比拟的优点,且正进入大规模产业研究开发与应用时期,可仍面临着一些困难,主要有:生物传感器所需费用较高,技术性较高且复杂,杂交特异性及自动化程度都还有待进一步提高;另外结果的扫描、背景扣除、后期数据处理等技术目前也需要进一步完善。但生物传感器技术由于其平行性、大规模以及高通量的特点已成为食品安全检测中一项先进的基础技术。将将生物芯片与传统检测方法结合的将会极大的拓展和发掘传统检测方法的发展潜力、发展空间,进而推动检测技术发展。
5结语
随着我国对食品质量安全越来越重视,对食品检测技术的研究和应用的投入也相应的大幅提高。食品检验技术逐渐趋向于简便、快捷、灵敏和微量化,而生物检测因其独特的优势,势必在食品检验领域方兴未艾,应用前景广阔。而生物技术的快速发展,也必将对生物检测方法不断补充和完善,相信生物检测技术在食品检验中也将发挥越来越重要的作用。
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